CN111564149B - 基于可控阻抗边界的空腔结构噪声控制方法及控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于噪声控制领域,公开一种基于可控阻抗边界的空腔结构噪声控制方法,该方法将空腔结构底板替换为微穿孔板,在微穿孔板后增加可移动的刚性壁板或电驱软壳,通过调节微穿孔板后刚性壁板位置及电驱软壳的位置,吸收及抑制噪声在空腔内的传播,从而达到降低噪声的目的。
Description
技术领域
本发明属于噪声控制领域,具体涉及一种基于可控阻抗边界的空腔结构噪声控制方法及控制装置。
背景技术
流体流过空腔结构时,由于空腔外剪切层流动与空腔内的流动相互作用,空腔内将会出现强烈的自激振动现象,产生剧烈的压力、速度等脉动,并伴有强烈的噪声,向外及向空腔前端辐射传播,这种现象称为空腔流激振荡。该问题涉及到非定常流动、流动不稳定性、声与流动相互作用等,是流体力学中研究的热点问题之一,这类问题在工程实际中经常遇到,如飞行器内埋弹舱、起落架舱、高铁车厢间隙及汽车天窗等。为了有效改变空腔内的流动状态,抑制强烈的空腔噪声,国内外众多研究机构针对空腔流动及空腔噪声开展了一系列研究。
空腔结构流动及噪声控制的方法主要分为主动控制方法(如前缘等离子激励、前缘高频强迫力及前缘质量注入等)与被动控制方法(如前缘扰流板、涡流发生器及后缘斜坡等)。现有主动控制方法往往是在空腔的前缘位置形成流动扰动,影响来流条件,所采用的方法均需要附加机械作动机构、增加外激励电压及引气***,使得空腔结构附近结构更为复杂,增加空腔结构重量;被动控制方法由于在空腔前缘加入了扰流结构,会影响空腔结构区域的气动性能,以气动损失换取降噪,难以得到实际工程应用。
发明内容
本发明的目的:提出了一种构型简单、降噪效果较好的基于可控阻抗边界的空腔结构噪声控制方法及控制装置,抑制空腔结构在气流环境下空腔内噪声的传播与声-涡耦合的发生与延续,以降低空腔结构内的噪声。
本发明的技术方案:一方面,提供一种基于可控阻抗边界的空腔结构噪声控制方法,空腔结构包括前缘、一端开口的腔体和后缘,气流从空腔结构的前缘向后缘流动,
所述控制方法包括:将腔体的底板替换为微穿孔板,并在微穿孔板远离气流一侧间隔设置刚性壁板;所述微穿孔板和刚性壁板均与腔体的侧壁连接,微穿孔板和刚性壁板之间存在间隙。
进一步地,所述刚性壁板与腔体的侧壁可移动连接,刚性壁板相对所述微穿孔板的距离可调节。
进一步地,在所述微穿孔板和刚性壁板之间设置吸声材料。
进一步地,在所述微穿孔板靠近气流一侧设置传感器,在所述刚性壁板远离微穿孔板一侧布置多个扬声器;
根据所述传感器反馈的声学参数信息,调节所述扬声器的激励电压,以使扬声器顶端的鼓膜发生不同程度的振动,用于改变鼓膜与微穿孔板之间的空气层厚度。
进一步地,在所述微穿孔板和刚性壁板之间设置吸声材料。
另一方面,提供一种基于可控阻抗边界的空腔结构噪声控制方法,空腔结构包括前缘、一端开口的腔体和后缘,气流从空腔结构的前缘向后缘流动,
所述控制方法包括:将腔体的底板替换为微穿孔板,并在微穿孔板远离气流一侧间隔设置电驱软壳;所述微穿孔板和电驱软壳均与腔体的侧壁连接,微穿孔板和电驱软壳之间存在间隙;调节电驱软壳的驱动电压,驱动电驱软壳相对所述微穿孔板移动。
进一步地,在所述微穿孔板上方空腔内壁设置传感器;根据所述传感器反馈的声学参数信息,调节所述电驱软壳的驱动电压,驱动电驱软壳相对所述微穿孔板移动。
进一步地,在所述微穿孔板和电驱软壳之间设置吸声材料。
再一方面,提供一种基于可控阻抗边界的空腔结构噪声控制装置,空腔结构包括前缘、一端开口的腔体和后缘,气流从空腔结构的前缘向后缘流动,腔体的底板为微穿孔板,微穿孔板远离气流一侧间隔设置有刚性壁板或电驱软壳;刚性壁板或电驱软壳均与腔体的侧壁连接;微穿孔板与刚性壁板或电驱软壳之间存在间隙。
本发明的技术效果:
本发明,在微穿孔板后增加可移动的刚性壁板或电驱软壳,通过调节微穿孔板后刚性壁板位置及电驱软壳的位置,吸收及抑制噪声在空腔内的传播,从而达到降低噪声的目的。
本发明,在微穿孔板和刚性壁板或电驱软壳之间放置吸声材料是通过吸声材料吸收噪声;若,微穿孔板与刚性壁板或电驱软壳之间不放置吸声材料,则通过空气振动消耗声能。
在现有技术条件和试验条件下,用该种结构简单的方法能够起到很好的空腔噪声抑制作用,尤其是对空腔结构主要的峰值频率处声压级的幅值有很好的抑制效果,该方法无需引入复杂的机械结构,不改变空腔周边结构气动性能,可以根据来流速度及空腔几何尺寸有针对性的设计噪声控制装置的几何参数。该方法结构相对简单、可靠性好,适用性较好,易于推广应用,具有较大的工程实际应用及军事价值。
附图说明
图1为空腔结构示意图;
图2为实施例1的降噪原理示意图;
图3为实施例2的降噪原理示意图;
图4为实施例3的降噪原理示意图。
具体实施方式
当空气流过空腔结构,由于空腔外剪切层流动与空腔内的流动相互作用,空腔内将会出现强烈的自激振荡现象,产生剧烈的压力、速度脉动,气流冲击空腔后壁,均会产生强烈的噪声,产生的噪声一部分会向空腔外传播,另一部分由空腔后缘区域向空腔前缘区域传播,向空腔前缘传播的噪声在到达空腔前缘后会对空腔前缘剪切层流动及涡的形成产生影响,使得空腔噪声更为严重。
本发明的技术构思:本发明提出一种基于可控阻抗边界的空腔结构噪声控制方法,该方法将空腔结构底板替换为微穿孔板,在微穿孔板后增加可移动的刚性壁板或电驱软壳,通过调节微穿孔板后刚性壁板位置及电驱软壳的位置,进而改变空腔结构边界壁面的声阻抗,对空腔结构后缘产生噪声向前传播的过程进行衰减,降低到达空腔前缘不稳定剪切层处的噪声幅值,抑制其诱导不稳定剪切层产生新的脱落涡,减弱空腔结构腔内的声-涡耦合的发生与延续,从而达到降低噪声的目的。
通过合理设计微穿孔板与刚性壁板的距离能够改变空腔底板结构表面声阻抗,使得微穿孔板的声阻抗与最优阻抗相匹配,在微穿孔板后加刚性壁板这种方法主要针对单频,随着噪声频率的变低,微穿孔板与刚性壁板之间的距离急剧增大。空腔噪声有明显的峰值噪声,空腔峰值噪声往往以第二阶为主,本发明提出的在微穿孔后加刚性壁板的方法主要针对空腔声压级幅值最大的第二阶峰值频率,依据空腔几何尺寸与来流速度可以通过理论公式计算出第二阶峰值频率的范围,通过合理设计微穿孔板几何参数及微穿孔板与刚性壁板之间的距离,就可以合理的降低空腔第二阶峰值频率处的声压级幅值。
微穿孔板与电驱软壳双层结构主要是通过控制算法和控制目标不断的优化,可以实现较宽频率范围内的噪声控制,采用合理的误差传感器获得微穿孔板表面声阻抗和质点振速,然后调节电驱软壳的移动,可以取得更好的噪声控制效果。
实施例1
本实施例,提供一种基于可控阻抗边界的空腔结构噪声控制方法,如图2所示,图2为实施例1的降噪原理示意图。图1为空腔结构示意图,结合图1和图2所示,空腔结构1包括前缘10和后缘20、前壁31和后壁32,气流从前缘向后缘流动。本实施例的噪声控制方法为:
将腔体的底板替换为微穿孔板30,并在微穿孔板30远离气流一侧间隔设置刚性壁板40;微穿孔板30和刚性壁板40均与腔体的侧壁连接。腔体的侧壁包括前壁31和后壁32。
本实施例,并不限定微穿孔板和刚性壁板均与腔体的侧壁固定连接,刚性壁板与腔体的侧壁也可以可移动连接,使刚性壁板相对微穿孔板的距离可调节。
作为本实施例的优先实施方式之一,微穿孔板30和刚性壁板40之间存在间隙,通过微穿孔板30和刚性壁板40之间的空气振动消耗声能。
进一步地,作为本实施例的另一优先实施方式之一,本实施例在微穿孔板30和刚性壁板40之间设置吸声材料50,通过吸声材料吸收噪声。
本实施例,提供的噪声控制方法,将空腔底板置换为微穿孔板,微穿孔板与刚性壁板及吸声材料组成了一个阻抗复合式消声结构。该种结构,对于某一频率噪声及中高频噪声有较好的吸声效果。空腔噪声有明显的峰值噪声,且往往以第二阶为主,根据空腔几何尺寸与来流速度可以通过理论公式计算出第二阶峰值频率,通过合理设计微穿孔板几何参数(包括孔径、厚度、穿孔率)及微穿孔板与刚性壁板之间的距离,可以合理的降低空腔第二阶峰值频率处的声压级幅值,达到降低空腔噪声的目的。
实施例2
本实施例,提供另一种基于可控阻抗边界的空腔结构噪声控制方法,如图3所示,图3为实施例2的降噪原理示意图。结合图3所示,空腔结构1包括前缘10和后缘20、前壁31和后壁32,气流从前缘向后缘流动。本实施例的噪声控制方法为:
首先,将腔体的底板替换为微穿孔板30,并在微穿孔板30远离气流一侧间隔设置刚性壁板40;微穿孔板30和刚性壁板40均与腔体的侧壁连接。侧壁包括前壁31和后壁32。
然后,在微穿孔板上方空腔内壁设置传感器60,在刚性壁板40远离微穿孔板30一侧布置多个扬声器70。根据传感器反馈的声学参数信息,调节所述扬声器的激励电压,以使扬声器顶端的鼓膜71发生不同程度的振动,用于改变鼓膜与微穿孔板之间的空气层厚度。
进一步地,本实施例,也可以在微穿孔板和刚性壁板之间设置少量吸声材料。
本实施例的控制方法,扬声器在不同激励电压下其顶端的鼓膜会发生不同程度的振动,这种振动使得扬声器鼓膜与微穿孔板之间的空气层厚度发生改变,配合控制算法调节控制结构的阻抗;根据空腔噪声的主要成分的频率及幅值条件控制电压,可以实现较宽频段的噪声控制。
实施例3
本实施例,提供另一种基于可控阻抗边界的空腔结构噪声控制方法,如图4所示,图4为实施例3的降噪原理示意图。结合图4和图1所示,空腔结构1包括前缘10和后缘20、前壁31和后壁32。本实施例的噪声控制方法为:
将腔体的底板替换为微穿孔板30,并在微穿孔板30远离气流一侧间隔设置电驱软壳80;微穿孔板30和刚性壁板40均与腔体的侧壁连接。侧壁包括前壁31和后壁32。通过调节电驱软壳的驱动电压,驱动所述电驱软壳80相对微穿孔板移动,以调节电驱软壳与微穿孔板之间的距离。本实施例的电驱软壳选择压电材料,或其它可以在电压激励下产生明显位移的材料,通过外激励电压强度的调整,实现电驱软壳位置的移动。
进一步地,也可在微穿孔板上方空腔内壁设置传感器60,根据传感器反馈的声学参数信息,调节所述电驱软壳的驱动电压,驱动电驱软壳80相对微穿孔板30移动。
进一步地,也可在微穿孔板30和电驱软壳80之间设置吸声材料。
本实施例,提供的控制方法中微穿孔板和电驱软壳结合,电驱软壳为可移动单元,随着驱动电压不同,电驱软壳可以在微穿孔板下方移动,这使得微穿孔板与电驱软壳之间的距离变得可调整,配合空腔后壁区域的反馈传感器,通过控制算法与反馈参数(包括空腔噪声主要频率噪声成分)对电驱软壳位置进行调整,使得空腔结构的壁面阻抗与空气阻抗良好匹配,实现较宽频率段的噪声控制。
依据本发明所提方法设计空腔试验装置,试验装置在试验风洞内使用后发现使用该方法能够较好的抑制空腔结构产生噪声的传播,有效抑制空腔结构内的声-涡干涉。根据空腔结构几何尺寸及来流速度合理设计微穿孔板几何参数、空气层厚度、扬声器振动幅值等能够获得更好的降噪效果,具有较大的工程实际应用价值及军事价值。
Claims (7)
1.一种基于可控阻抗边界的空腔结构噪声控制方法,空腔结构包括前缘、一端开口的腔体和后缘,气流从空腔结构的前缘向后缘流动,其特征在于,
所述控制方法包括:将腔体的底板替换为微穿孔板,并在微穿孔板远离气流一侧间隔设置刚性壁板;所述微穿孔板和刚性壁板均与腔体的侧壁连接,微穿孔板和刚性壁板之间存在间隙;
所述刚性壁板与腔体的侧壁可移动连接,刚性壁板相对所述微穿孔板的距离可调节。
2.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于,在所述微穿孔板和刚性壁板之间设置吸声材料。
3.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于,
在所述微穿孔板靠近气流一侧设置传感器,在所述刚性壁板远离微穿孔板一侧布置多个扬声器;
根据所述传感器反馈的声学参数信息,调节所述扬声器的激励电压,以使扬声器顶端的鼓膜发生不同程度的振动,用于改变鼓膜与微穿孔板之间的空气层厚度。
4.一种基于可控阻抗边界的空腔结构噪声控制方法,空腔结构包括前缘、一端开口的腔体和后缘,气流从空腔结构的前缘向后缘流动,其特征在于,
所述控制方法包括:将腔体的底板替换为微穿孔板,并在微穿孔板远离气流一侧间隔设置电驱软壳;所述微穿孔板和电驱软壳均与腔体的侧壁连接,微穿孔板和电驱软壳之间存在间隙;调节电驱软壳的驱动电压,驱动电驱软壳相对所述微穿孔板移动;其中,所述电驱软壳为压电材料。
5.根据权利要求4所述的控制方法,其特征在于,在所述微穿孔板上方空腔内壁设置传感器;
根据所述传感器反馈的声学参数信息,调节所述电驱软壳的驱动电压,驱动电驱软壳相对所述微穿孔板移动。
6.根据权利要求4任所述的控制方法,其特征在于,在所述微穿孔板和电驱软壳之间设置吸声材料。
7.一种基于可控阻抗边界的空腔结构噪声控制装置,空腔结构包括前缘、一端开口的腔体和后缘,气流从空腔结构的前缘向后缘流动,其特征在于,腔体的底板为微穿孔板,微穿孔板远离气流一侧间隔设置有刚性壁板或电驱软壳;刚性壁板或电驱软壳均与腔体的侧壁连接;微穿孔板与刚性壁板或电驱软壳之间存在间隙;
其中,所述电驱软壳为压电材料;所述刚性壁板与腔体的侧壁可移动连接,刚性壁板相对所述微穿孔板的距离可调节;所述电驱软壳与腔体的侧壁可移动连接,所述电驱软壳相对所述微穿孔板的距离可调节。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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